0%

关于像素和体素的你想要知道的一切

本文翻译自:Pixels and voxels, the long answer


今年早些时候,有人在Quora上问:

像素和体素有什么区别?

这个问题很让我抓狂,以至于我一直没有给出直接答案,而是写了一篇有关该主题的整篇文章。

我明白你的问题了。你会看到一些像素电影海报之类的东西,这会让你很困惑。这是一个像素?是体素?它是一只鸟?它是一架飞机吗?这会把你弄得很狼狈。

我仍然无法决定是因为我对怀旧游戏的热爱,(导致)我应该去看这部电影还是绝对*不*看这部电影。

别担心,你现在安全了。当你读完这篇文章的时候,你就会知道关于像素和体素以及两者之间的一切。不着急,吃块饼干先。

(这是一篇很长的文章,但我向你保证,你正在阅读《Retronator》杂志,这意味着图片多于文字。)


我先给你们讲一点背景知识,这样你们就能了解全貌。在计算机上表示图形有两种主要的方法:矢量和位图。

矢量图形的数学精度(左)和栅格图的离散性(右)。

矢量图形通过数学方程式描述图像,通常用直线,曲线和形状等形式表示。相反,位图将图像描述为颜色值的数组,这些颜色值一个接一个地定位在网格图案中。

在计算机图形学第二个区别是表示2D和3D空间。包括矢量与位图划分,一共得到四个象限:

所有人都喜欢象限

矢量图形

在2D矢量图形中,直线或形状上的每个点都用一个有两个分量(x和y)的矢量来描述。这就是为什么它是2D的(两个分量-二维)。

这就是二维向量描述二维向量图形中所有点的方式。

下面是一个被称为低多边形二维矢量图像的例子。

Uluru the Mighty Dreamer, Anh Tran, 2015

它完全由2D多边形(在本例中为三角形)构成。术语“低多边形”是指用于制作图像的多边形数量相对较小,较低。这使得三角形很容易注意到。

让我们添加一个维度。在3D矢量图形中情况是相同的,但是每个矢量使用三个分量(x, y和z)。

让我们看一下3D低多边形图稿。

Racetrack iOS Game Concept, Timothy J. Reynolds, 2013

上面的艾尔斯岩(Ayers Rock)的2D图像与此处的3D赛道之间的最大区别是:我们可以从所需的任何位置查看赛道。

Racetrack iOS Game Concept, Timothy J. Reynolds, 2013

为了在屏幕(2D表面)上显示跑道,我们必须选择一个特定的视点并将3D几何体从该视点投影到2D。

从3D到2D的转换称为投影

这就是我们获取一张特定2D图像的方式。

但我们可以使用一个技巧来展示3D几何的体积性质,甚至在2d中——我们可以制作一个动画,在对象周围移动视点(或保留视点,同时旋转对象本身,如下所示)。

Wagon, Timothy J. Reynolds, 2013

耶,我们可以看到它确实是3D,不需要眼镜!

位图图形

这只是热身。让我们从向量继续,看看位图图形如何处理2D和3D。

在2D位图图形中,图像被分成若干大小相等的行和列:

Turbo Esprit Sprite, Matej ‘Retro’ Jan, 2014

每个单元格称为像素(来自于图像中的一个元素)。除了在网格(x,y)内的2D坐标外,它的主要属性是放置在该坐标上的颜色。

我们已经看到了低多边形矢量作品如何使用引人注目的大多边形。如果我们在位图图形中做同样的事情(使用引人注目的大像素),我们将获得像素作品。

Turbo Esprit Sprite, Matej ‘Retro’ Jan, 2014

对于2D像素图像,即使它们试图表示三维对象(Lotus Esprit或X-wing),它们也会直接绘制到2D像素网格上。你不能像上面的3D旅行车那样旋转这个图像。同样,文章开头的艾尔斯岩(Ayers Rock)图像也不能旋转。尽管它是由多边形构成的,但它们不是被放置在3D空间,而是直接放置在2D空间。


到目前为止,我们已经介绍了2D和3D矢量图形以及2D位图图像。最后一步是3D位图图形。

前方就是激动人心的时刻!

在3D位图图形中,体块被均匀地划分为行和列,覆盖所有三个不同的方向(上下、左右、内外)。这将三维空间划分为立方体,也称为体素(体积元素或体积像素)。每个体素由一个3D坐标和该坐标上的颜色定义。

就像像素作品一样(这是一种精心放置像素的艺术),我们现在有了体素作品,每个立方体都经过了仔细的考虑。

星际大战场景,@Sir_Carma,2015年

这很像乐高积木,你不觉得吗?

注意,因为我们在3D空间,体素也可以从任何角度观察。下面是对体素Tatooine的另一种观察:

星球大战场景(另一种视角),@Sir_Carma,2015

我们甚至可以做成动画!以下是 @Sir Carma的一个体素动画角色:

骑士奔跑,@Sir_Carma,2015年

与2D像素角色进行比较:

Final Element中的精灵,Glauber Kotaki,2015年

你可以看到在体素作品中,动画如何改变小立方体(体素)的存在(颜色),而在像素作品中,颜色的变化发生在小方块(像素)上。

现在你知道像素和体素之间的区别了(其实还有更多……哈哈,抱歉)。

但是现在还不是停下来的时候。瞧,我之所以解释了矢量/位图,2D/3D性质的原因是,在我们的现代显示器上,每种图形类型最终都最终显示为2D栅格图像。

我们在像素作品杂志中讨论这一点原因是,我们可以使用非像素风格的资源进行一些类型的变换,从而创建现代风格的像素作品。

“我可以用体素或3D模型制作像素艺术?”当然可以!巧妙的着色和渲染技术使我们能够创建独特的视觉风格,将像素艺术带入未来。

矢量显示和投影